【经验】解析电路板的布线、焊接技巧及注意事项

本文爱浦电子将对电路板的布线、焊接技巧及注意事项进行详细的讲解，为工程师们的设计提供理论基础。详细介绍内容如下：

一、电路板的布线注意事项：

1、 输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

2、电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm

3、 数字电路与模拟电路的共地处理，数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

4、尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

5、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。

6、输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。

7、印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。如非要取直角，一般采用两个135度角来代替直角。

8、电源线设计：根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

9、地线设计——地线设计的原则

①数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

②接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。

③接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。

10、退耦电容配置

PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是：

①电源输入端跨接10 ~100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的更好。

②原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1 ~ 10pF的但电容。

③对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。

④电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

11、此外，还应注意以下两点：

①在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用附图所示的 RC电路来吸收放电电流。一般R取 1 ~ 2K，C取2.2 ~ 47UF。

②CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

二、焊接原理及焊接工具

1、焊接原理

目前电子元器件的焊接主要采用锡焊技术。锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料，在一定温度下焊锡熔化，金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合，形成浸润的结合层。外表看来印刷板铜铂及元器件引线都是很光滑的，实际上它们的表面都有很多微小的凹凸间隙，熔流态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件表面扩散，形成焊料与焊件的浸润，把元器件与印刷板牢固地粘合在一起，而且具有良好的导电性能。

锡焊接的条件是：焊件表面应是清洁的，油垢、锈斑都会影响焊接；能被锡焊料润湿的金属才具有可焊性，对黄铜等表面易于生成氧化膜的材料，可以借助于助焊剂，先对焊件表面进行镀锡浸润后，再行焊接；要有适当的加热温度，使焊锡料具有一定的流动性，才可以达到焊牢的目的，但温度也不可过高，过高时容易形成氧化膜而影响焊接质量。

2、电烙铁

手工焊接的主要工具是电烙铁。电烙铁的种类很多，有直热式、感应式、储能式及调温式多种，电功率有15W、20W、35w……300W多种，主要根据焊件大小来决定。一般元器件的焊接以20W内热式电烙铁为宜；焊接集成电路及易损元器件时可以采用储能式电烙铁；焊接大焊件时可用150W~300W大功率外热式电烙铁。小功率电烙铁的烙铁头温度一般在300~400℃之间。

烙铁头一般采用紫铜材料制造。为保护在焊接的高温条件下不被氧化生锈，常将烙铁头经电镀处理，有的烙铁头还采用不易氧化的合金材料制成。新的烙铁头在正式焊接前应先进行镀锡处理。方法是将烙铁头用细纱纸打磨干净，然后浸入松香水，沾上焊锡在硬物(例如木板)上反复研磨，使烙铁头各个面全部镀锡。若使用时间很长，烙铁头已经氧化时，要用小锉刀轻锉去表面氧化层，在露出紫铜的光亮后用同新烙铁头镀锡的方法一样进行处理。当仅使用一把电烙铁时，可以利用烙铁头插人烙铁芯深浅不同的方法调节烙铁头的温度。烙铁头从烙铁芯拉出的越长，烙铁头的温度相对越低，反之温度就越高。也可以利用更换烙铁头的大小及形状来达到调节烙铁头温度的目的。烙铁头越细，温度越高；烙铁头越粗，相对温度越低。

根据所焊元件种类可以选择适当形状的烙铁头。烙铁头的顶端形状有圆锥形、斜面椭圆形及凿形等多种。焊小焊点可以采用圆锥形的，焊较大焊点可以采用凿形或圆柱形的。还有一种吸锡电烙铁，是在直热式电烙铁上增加了吸锡机构构成的。在电路中对元器件拆焊时要用到这种电烙铁。

3、焊锡与焊剂

焊锡是焊接的主要用料。焊接电子元器件的焊锡实际上是一种锡铅合金，不同的锡铅比例焊锡的熔点温度不同，一般为180~230 ℃。手工焊接中最适合使用的是管状焊锡丝，焊锡丝中间夹有优质松香与活化剂，使用起来异常方便。管状焊锡丝有0.5、0.8、1.0、1.5…等多种规格，可以方便地选用。

焊剂又称助焊剂，是一种在受热后能对施焊金属表面起清洁及保护作用的材料。空气中的金属表面很容易生成氧化膜，这种氧化膜能阻止焊锡对焊接金属的浸润作用。适当地使用助焊剂可以去除氧化膜，使焊接质量更可靠，焊点表面更光滑、圆润。

焊剂有无机系列、有机系列和松香系列三种，其中无机焊剂活性最强，但对金属有强腐蚀作用，电子元器件的焊接中不允许使用。有机焊剂(例如盐酸二乙胶)活性次之，也有轻度腐蚀性。应用最广泛的是松香助焊剂。将松香熔于酒精(1：3)形成"松香水"，焊接时在焊点处蘸以少量松香水，就可以达到良好的助焊效果。用量过多或多次焊接，形成黑膜时，松香已失去助焊作用，需清理干净后再行焊接。对于用松香焊剂难于焊接的金属元器件，可以添加4%左右的盐酸二乙胶或三乙醇胶(6%)。至于市场上销售的各种助焊剂，一定要了解其成分和对元器件的腐蚀作用后，再行使用。切勿盲目使用，以致日后造成对元器件的腐蚀,其后患无穷。

三、手工焊接方法

手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能，在了解一般方法后，要多练、多实践，才能有较好的焊接质量。

手工焊接握电烙铁的方法：有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。

手工焊接一般分四步骤进行：

①准备焊接：清洁被焊元件处的积尘及油污，再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰，让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处，以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时，应对元器件的引线镀锡。

②加热焊接：将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件，则待烙铁头加热后，用手或银子轻轻拉动元器件，看是否可以取下。

③清理焊接面：若所焊部位焊锡过多，可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!)，用光烙锡头"沾"些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时，可以用电烙铁头"蘸"些焊锡对焊点进行补焊。

④检查焊点：看焊点是否圆润、光亮、牢固，是否有与周围元器件连焊的现象。

四、焊接质量不高的原因

1.手工焊接对焊点的要求是：

①电连接性能良好；

②有一定的机械强度；

③光滑圆润。

2.造成焊接质量不高的常见原因是:

①焊锡用量过多，形成焊点的锡堆积；焊锡过少，不足以包裹焊点。

②冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足，焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑)，有细小裂纹(如同豆腐渣一样)。

③夹松香焊接，焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香，造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香，则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高，则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况，可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的，则要"吃"净焊锡，清洁被焊元器件或印刷板表面，重新进行焊接才行。

④焊锡连桥。指焊锡量过多，造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。

⑤焊剂过量，焊点周围松香残渣很多。当少量松香残留时，可以用电烙铁再轻轻加热一下，让松香挥发掉，也可以用蘸有无水酒精的棉球，擦去多余的松香或焊剂。

⑥焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少，以及烙铁离开焊点时角度不当造成的。

五、易损元器件的焊接

易损元器件是指在安装焊接过程中，受热或接触电烙铁时容易造成损坏的元器件，例如，有机铸塑元器件、MOS集成电路等。易损元器件在焊接前要认真作好表面清洁、镀锡等准备工作，焊接时切忌长时间反复烫焊，烙铁头及烙铁温度要选择适当，确保一次焊接成功。此外，要少用焊剂，防止焊剂侵人元器件的电接触点(例如继电器的触点)。焊接MOS集成电路最好使用储能式电烙铁，以防止由于电烙铁的微弱漏电而损坏集成电路。由于集成电路引线间距很小，要选择合适的烙铁头及温度，防止引线间连锡。焊接集成电路最好先焊接地端、输出端、电源端，再焊输入端。对于那些对温度特别敏感的元器件，可以用镊子夹上蘸有元水乙醇(酒精)的棉球保护元器件根部，使热量尽量少传到元器件上。